3.2 热力学第一定律（教学设计）-【上好课】高中物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第2节 热力学第一定律 教学设计 备课人 学科 物理 课题 3.2热力学第一定律 教学内容分析 通过对上两节课内容的归纳，即做功和热传递都可以改变物体的内能，并且二者是等效的。在此基础上，提出当外界对物体既做功又热传递时，物体的内能如何改变?通过分析讨论，自然得出热力学第一定律。通过课本例题的讲解，培养学生运动热力学第一定律分析和解决问题的能力。 学情分析 学生在上一节课已经了解了功、热和内能的改变。但还没有得出热力学第一定律。教学设计要利用学生已有的生活经验，将生活经验作为知识生长发展的起点。提出当外界对物体既做功又热传递时，物体的内能如何改变?通过分析讨论，自然得出热力学第一定律。通过课本例题的讲解，培养学生运动热力学第一定律分析和解决问题的能力。 教学目标 物理观念∶知道热力学第一定律及其符号法则，能从热力学学的视角正确描述和解释生活中的热现象，能灵活应用热力学第一定律解决实际问题。 科学思维∶理解热力学第一定律的公式，并能在新的生活情境中对问题进行分析和推理。 科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。 科学态度与责任∶从焦耳的实验到热力学第一定律，认识到我们应该具有实事求是的态度，认识到物理学是人类认识自然的方式之一。 教学重难点 教学重点：热力学第一定律的推导与运用 教学难点：运用热力学第一定律公式时各物理量的正、负号的意义及确定 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？PPT课件展示 压缩气体，内能增大，给气体加热内能也是增大。两者叠加所以就更明显。 一方面表明，以不同的方式对系统做功时，只要系统始末两个状态是确定的，做功的数量就是确定的； 单纯地对系统做功做功：ΔU=W 另一方面也向我们表明，为了改变系统的状态，做功和传热这两种方法是等价的。也就是说，一定数量的功与确定数量的热相对应。 单纯地对系统传热：△U＝Q 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是：△U＝Q+ W 学生观看课件并思考 引入新课内容，激发学生好奇心 新课教学 一、热力学第一定律 1、内容：一个热力学系统的内能变化量（增量）等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和. 2、物理意义：热力学第一定律不仅反映了做功与传热在改变系统内能方面是等效的，而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系. 3、表达式：△U＝Q+ W ΔU ：物体内能的增加量 Q： 物体吸收的热量 W： 外界对物体做的功 4、 推广：上式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况。但要注意各量的符号 定律中各量的正、负号及含义 ΔU = W + Q. 物理量 符号 意义 符号 意义 W ＋ 外界对物体做功 － 物体对外界做功 Q ＋ 物体吸收热量 － 物体放出热量 ΔU ＋ 内能增加 － 内能减少 5、判断是否做功的方法 一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。 ①若系统体积增大， 表明系统对外界做功，W ＜ 0； ②若系统体积减小， 表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0． 6、几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加量等于外界对物体做的功。 (2)若过程中不做功（单纯传热），即W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。 (3)若过程的始末状态系统的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。 (4)对于理想气体，温度变化，内能一定变化，等温过程ΔU＝0。 【特别提醒】 (1)当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变。 (2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果。 思考与讨论 一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功?如果膨胀时气体对外做的功是135J，同时向外放热85J，气体内能的变化量是多少?内能是增加了还是减少了?请你通过这个例子总结功和热量取正、负值的物理意义。 解析：膨胀过程中气体对外界做功 系统对外做功：W=-135J 系统向外放热：Q=-85J 根据热力学第一定律：ΔU = W + Q 代入得：ΔU =-135+（-85）=-220J 内能减少了220J。 小试牛刀 【例题】如图所示，某同学将空的薄金属桶开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，桶内空气无泄漏(不计气体分子间的相互作用)，则被淹没